p Um problema fundamental da eletrodinâmica quântica é o destino do núcleo atômico superpesado, que se propõe a entrar em colapso quando o número atômico exceder certo valor. Contudo, este fenômeno de colapso supercrítico intrigante permanece indescritível em experimentos. Invariância de escala discreta (DSI) é uma anomalia de escala com a violação da simetria de escala contínua. A periodicidade logarítmica intrigante é a assinatura característica de DSI, que existe em ruptura, processos de crescimento, turbulência, finança, e assim por diante. O recurso DSI é de grande interesse na física quântica, embora raramente possa ser realizado em sistemas quânticos experimentalmente. O exemplo anteriormente conhecido com DSI em física quântica concentra-se apenas no estado do trímero Efimov. p Um novo tipo de oscilações quânticas de magneto-resistência foi observado no material topológico ZrTe ₅ (Avanços científicos 4, eaau5096 (2018)), constituindo o terceiro tipo distinto conhecido de periodicidade nos quase 90 anos em busca de oscilações quânticas em sólidos. Além disso, a descoberta das oscilações periódicas logB exóticas pode representar virtualmente a invariância de escala discreta associada aos estados quase-ligados formados através do colapso atômico supercrítico em materiais Dirac. Supõe-se que essa característica peculiar seja universal em materiais Dirac com atração Coulomb. Assim, é desejável estender as investigações a outros sistemas topológicos, e mais importante para outros observáveis ​​físicos. Em um novo trabalho publicado no National Science Review , Colaboração de pesquisa baseada em Pequim liderada pelo Prof. Jian Wang, O Prof. Haiwen Liu e o Prof. Jiyan Dai revelaram a universalidade das oscilações magnéticas quânticas log-periódicas e do fenômeno DSI em materiais Dirac por resultados de transporte magnético de HfTe ₅ cristais.

p Os cientistas mediram a resistência ao magneto e Hall do HfTe ₅ cristais em campos magnéticos pulsados ​​de até 58 T e campos magnéticos estáticos de até 25 T. Sinalização clara de oscilações quânticas logB-periódicas de DSI são observadas na magneto-resistência longitudinal (MR) (subfigura (a)), independente das pequenas diferenças da qualidade da amostra. A dependência da temperatura das oscilações periódicas logB em HfTe5 é mostrada na subfigura (b). Pode-se ver que as características log-periódicas tornam-se invisíveis quando a temperatura é aumentada para mais de 80 K. Além disso, pela primeira vez, o sinal DSI com notável periodicidade logB é descoberto nos traços de Hall dos cristais HfTe5. A descoberta indica um efeito geral do recurso DSI nas propriedades de transporte do sistema. Os resultados da segunda derivada dos dados de Hall são mostrados na subfigura (c). Além disso, os resultados de MR e Hall na mesma amostra são mostrados na subfigura (d). Verifica-se que nas oscilações a fase dos dados Hall está ligeiramente à frente do MR, uma reminiscência do efeito Hall quântico bidimensional.

p As oscilações log-periódicas em materiais de Dirac foram atribuídas ao fenômeno de colapso atômico supercrítico e os estados quase-ligados concomitantes caracterizando invariância de escala discreta em materiais de Dirac. A quase-partícula em materiais Dirac obedece à equação relativística, e a velocidade de Fermi é muito menor do que a velocidade da luz no vácuo. Assim, o valor da constante de estrutura fina em materiais Dirac é muito maior do que no vácuo, que fornece uma plataforma promissora para investigar o fenômeno do colapso atômico supercrítico. Devido ao grande valor da constante de estrutura fina nesses sistemas de estado sólido, a atração de Coulomb dá origem ao colapso atômico supercrítico em analogia ao fenômeno proposto para existir em átomos superpesados. Além disso, a equação de Dirac sem massa com atração de Coulomb preserva a invariância de escala discreta, em contraste com a quebra de simetria de escala discreta na equação massiva de Dirac de átomos superpesados.

p No material topológico HfTe5, as oscilações quânticas log-periódicas em ambos MR longitudinal e resistência Hall estão intimamente relacionadas aos estados quase-ligados de partículas de Weyl da banda de buraco com atração de Coulomb de longo alcance quando a densidade do portador é tão diluída, e a atração de Coulomb de longo alcance é gerada pela impureza da carga ou pelo tipo oposto de portadores. Além dos estados quase-limitados próximos ao centro de Coulomb, grande número de operadoras de celular também existe na superfície Fermi. Assim, o espalhamento ressonante entre os portadores móveis e os estados quase ligados em torno do nível de Fermi determinam as propriedades de transporte do material, por exemplo. o MR longitudinal e os traços de Hall. Outras análises teóricas significam que o deslocamento de fase π / 2 se origina do espalhamento ressonante entre as portadoras móveis e os estados quase ligados, compartilhando a mesma origem das oscilações log-periódicas. Além disso, os cientistas analisaram a influência de um pequeno intervalo de banda no recurso DSI e esclareceram sua relevância para vários materiais topológicos.

p Materiais de Dirac que mostram a periodicidade logarítmica fornecem plataformas promissoras para investigar o fenômeno de colapso atômico supercrítico raramente observado e a característica de invariância de escala discreta. Este trabalho fornece novos insights para uma maior compreensão da universalidade e da natureza física das oscilações quânticas log-periódicas em materiais Dirac.